考虑水流耦合效应的弧形闸门结构自振特性

为进一步揭示大型弧形闸门自振特性受水流影响的变化特征,以引汉济渭工程黄金峡水利枢纽大型弧形闸门为工程背景,采用有限元通用程序ＡＮＳＹＳ建立了该水闸不考虑水流、附加质量法考虑水流、流固耦合效应考虑水流的3种空间有限元计算模型,分别按照闸门不同开度进行了21种工况的自振特性仿真模拟计算,并结合前20阶固有频率和典型振型图分析了该水闸的动力特征。结果表明:相同条件下,采用附加质量法和考虑流固耦合效应的计算方法,水闸结构的各阶固有频率最大相差可达8．2％,大型弧形水闸结构的自振特性复杂且受水流影响较大,利用流固耦合效应有限元模型考虑水流对闸门结构自振特性影响的分析方法能更精确地描述水闸结构的动力特征。     

弧形闸门自振特性研究

以密云水库第二溢洪道弧门动力问题为背景，考虑禀不对闸门自振特性的影响，采用MSC公司开发的结构计算软件NASTRAN的流固耦合的附加质量数值模型，对该弧门的自振特性进行了分析。通过将该弧门自振频率的有限元计算结果与原型实测值进行对比，验证了有限元计算模型的正确性。同时，还探讨了流固耦合对换闸门自振特性的影响。结果表明，库水对弧形闸门自振频率和振型有显的影响，在弧形闸门设计中，支臂截面特性的选取对弧门的动力特性影响较大。     

基于ADINA流固耦合的进水塔自振特性分析

基于ADINA流固耦合方法,采用基于势的流体单元模拟进水塔内外水体,通过流固耦合界面反应进水塔和水体的相互作用,对结构的自振特性进行数值求解,并与水体按附加质量处理方式的结果对比。低水位下,附加质量法过于保守,周围水体不但显著影响进水塔自振频率,对振型也有较大影响。     

弧形钢闸门流固耦合自振特性分析

为了使设计的闸门自振频率远离水流的高能脉动主频率段,以保证闸门的安全,采用三维有限元的数值方法,考虑流固耦合作用,得出了弧形钢闸门在不同开度下的自振频率和振型模态特性。计算结果表明:水体对闸门的影响总趋势是使其自振频率降低、振动模态发生变化;闸门的自振频率随着开度非线性变化。     

考虑水体—闸门耦合作用的某水闸闸门结构自振特性

以某水闸一闸门为例,基于有限元分析方法,考虑了水体—闸门耦合作用,借助有限元软件以及自编子程序,分别计算并对比分析了4种不同工况下闸门的自振特性。计算结果表明:闸门自振频率较不考虑水体—闸门耦合作用时均有所降低,闸门自振基频受水体—闸门耦合作用的影响较小,对于较高阶闸门自振频率的影响比较明显;考虑水体—闸门耦合作用对闸门结构的振型有一定的影响。     

基于ANSYS的平面闸门自振特性研究

以某水利工程平面闸门的动力学问题为背景,考虑流-固耦合对闸门结构自振特性的影响,应用大型有限元分析软件ANSYS对平面闸门的自振特性进行分析研究.建立了该平面闸门的实体模型和有限元模型,分析了平面闸门在无水和有水状态下不同闸门开度的振动特性,并计算出了闸门的自振频率和振型.结果表明,水体高度对平面闸门自振频率和振型有着显著影响,尤其是对低阶的振动频率影响更为显著.     

弧形闸门自振特性的影响因素研究

应用有限元及弧门主框架自振频率理论计算方法，考虑流固耦合、弧门主横梁与支臂的单位刚度比、主框架材料用量及支臂的截面形式等因素的影响，对弧形闸门的自振特性进行了计算分析，指出：流固耦合对弧门自振特性的影响不容忽视，随水头的升高，不仅闸门的自振频率降低幅度较大，而且其相应的振型也发生了显著变化；采用不同的支臂截面形式及合理地改变支臂截面特性，可有效地改变闸门的自振频率。     

考虑流固耦合的大型渡槽动力特性计算

为计算大型渡槽考虑流固耦合的动力特性，以Housner理论为基础，建立了考虑流固耦合的大型渡槽薄壁梁段单元的动力分析模型，利用此模型编写计算机程序，计算了南水北调中线工程某大型渡槽结构在多种工况下的自振频率和振型，计算结果表明，渡槽槽内水体与槽身的动力耦合对渡槽结构的自振频率和振型影响显著，在对大型渡槽结构进行动力特性计算时，采用考虑相应水位的流固耦合模型比较符合渡槽结构的实际情况。     

平面闸门流固耦合自振特性研究

为了使设计的闸门自振频率远离水流的高能脉动主频率段，以保证闸门的安全，在重点考虑流固耦合引起的“附加质量”对闸门自振特性的影响的基础上，采用三维边界元的数值分析方法，获取闸门的自振频率和振型模态特性。对德清大闸定轮平面闸门的数值计算结果表明：水头对闸门的影响总趋势是使其自振频率降低、振动模态发生变化；闸门局部开启工况第1阶频率较低，振型主要是门叶沿竖直方向的整体振动；低阶振动模态中除门叶竖直方向的整体振动模态外，其余各阶均显示为门叶的弹性变形振动。为提高闸门自振频率，需对其结构进行优化设计。     

基于ANSYS的拱形闸门自振特性研究

拱形闸门属轻型壳体结构,在水流作用下易发生共振,甚至引起振动破坏。本文结合某控制闸工程实例,建立了拱形闸门的三维有限元模型,考虑流固耦合引起的附加质量对闸门自振特性的影响,利用有限元分析软件ANSYS进行模态分析,揭示了拱形闸门的自振频率和振型等自振特性。研究结果为最终设计方案的选定提供了理论依据,对同类闸门结构的设计具有参考意义。     

基于构件协同工作的平面钢闸门主梁最优梁高研究

关于水工平面钢闸门主梁梁高的选取问题,规范未给出通用的取值范围,在工程中多以未考虑主梁与其他构件协同工作的理论求解公式为参考。在满足稳定性要求、考虑面板及隔板等构件与主梁协同工作的条件下,采用有限元分析理论,建立平面钢闸门空间有限元模型,计算分析主梁的强度和刚度的变化规律,给出合理的平面钢闸门主梁的最优梁高。结果表明:在考虑各构件协同工作时的主梁受力更贴合实际情况;在最小梁高与经济梁高之间存在最优梁高,与最小梁高的比值约为1. 038,与理论公式计算的最优梁高相比,可使主梁翼缘、腹板等构件的应力减小,在此梁高下可使主梁工作性能发挥到最优。计算结果可为平面钢闸门梁高的设计提供参考。     

考虑流固耦合效应的弧形钢闸门地震动力响应研究

在地震高发的中国西南地区,地震激励对弧形钢闸门的安全持续稳定运行影响较大,有必要对弧形闸门在地震作用下的动力响应及安全性进行研究。以某工程表孔弧形钢闸门为例,通过建立考虑水体和结构耦合作用的三维数值模型,研究了弧形钢闸门地震动力响应,然后利用重力坝-库水流固耦合模型验证了计算方法的准确性和有效性,最后对弧形钢闸门进行动力时程响应分析,计算了弧门地震动水压力,并与规范方法进行对比。结果表明:本文提出的考虑流固耦合效应的动力响应分析方法适用于闸门地震动力响应计算;流固耦合效应对弧形钢闸门地震动力响应影响较大,考虑流固耦合效应的闸门动力响应计算结果比规范明显增大,两者最大比值达到2倍以上。闸门结构动位移响应峰值在闸门面板顶部中心,动应力响应峰值发生在下主横梁跨中;流固耦合的动力计算表明该闸门结构刚度满足规范要求,强度不能满足,上、下主横梁处为结构动力响应薄弱环节;对高水头采用规范法计算的地震动水压力偏大,对低水头动水压力计算结果偏小。考虑流固耦合的闸门结构动力响应分析研究能反映其真实力学特征,对于地震高发区弧形钢闸门的结构设计和安全评价具有参考意义。     

大型弧形钢闸门流激振动数值计算

为研究大型弧形钢闸门在脉动压力作用下的动力特性及安全问题,采用附加质量法计算闸门的自振特性,对试验测得的脉动压力进行频谱分析得到其优势频率;采用随机振动的方法,将脉动压力转化为节点荷载施加在闸门数值模型上,得到闸门的动力响应。以贵州平寨水利枢纽为例进行计算,研究结果表明,在水体的作用下闸门的自振频率减小,随着开度的增加,闸门的自振频率呈增大的趋势。闸门1阶振型频率在1.1 Hz左右,脉动水流的优势频率最大0.15 Hz,二者相差较大。闸门最大动位移3.61 mm,发生在正常蓄水位543.00 m开度50%工况下,而在20%和50%开度下闸门动应力较大,最大动应力为43.56 MPa,发生在543.00 m开度50%工况。因此,闸门发生共振的可能性不大,闸门在动水作用下较为安全,但需注意闸门在20%和50%开度下的振动情况,避免在此开度下长时间停留。     

水工闸门锈蚀后动力性能研究

以钢闸门为研究对象,考虑了流固耦合对锈蚀闸门动力性能的影响。通过有限元分析,选取闸门振型中对结构振动影响较大的低阶频率范围内振动的构件,对其进行不同程度的锈蚀模拟,从而得出闸门锈蚀后动力性能的变化规律并找出影响闸门自振频率变化显著的构件局部位置。通过分析锈蚀闸门构件对结构整体动力性能的影响,得出影响损伤闸门自振频率的因素,具体包括,损伤面的锈蚀程度、锈蚀面积的大小及锈蚀的位置等。为此,在实际检测中应重点对本文得出的影响闸门动力性能的局部构件即易造成闸门损害的部位做出评估判定。     

高水头电站垫层式蜗壳自振特性分析

垫层蜗壳作为蜗壳结构形式中的一种,其结构形式复杂,内水压力传递比例不易控制,受力条件复杂,为分析探讨钢蜗壳在不同的垫层弹性模量和垫层包角作用下的自振特性,研究其自振频率与垫层弹性模量、垫层包角的关系,本文建立钢蜗壳的三维有限元模型,采用弹簧单元替代垫层和外包混凝土,考虑了垫层与钢板、混凝土与钢板接触效应,模拟了垫层和外包混凝土对钢蜗壳的作用。分析研究表明:钢蜗壳的自振频率随着垫层弹性模量的增大而增大,随着垫层包角的增大而减小,为机组的共振校核提供了一定的理论依据。     

基于ADINA的重力坝地震响应分析

针对云南某重力坝，利用大型有限元软件ADINA分别基于流固耦合理论和Westergaard附加质量方法建立了数值分析模型，对其自震频率和地震响应进行了分析。结果表明，两种模型的自震频率比较接近，附加质量模型的地震响应要大于流固耦合模型。因此，在重力坝抗震研究中，采用较简单的附加质量模型代替复杂的流固耦合模型考虑水体的影响是偏于安全的，适用于重力坝结构抗震的定性分析。     

基于流固耦合的弧形闸门-闸墩体系的流激振动研究

实际工程中弧形闸门与闸墩联系紧密,在水流脉动压力下二者相互影响,形成一个体系。为了揭示闸门与闸墩的相互影响规律,采取流固耦合理论对弧形闸门-闸墩体系开展流激振动研究。以某水利工程弧形工作闸门为例,针对弧形闸门单体和弧形闸门-闸墩体系分别建立三维有限元模型,计算两种模型的自振频率,基于模态分析的结果对两种模型进行动力响应分析,总结闸门和闸墩在动力特性和流激振动响应方面的相互影响规律。结果表明：闸墩对闸门动力特性及动力响应具有较大影响,考虑闸墩影响时,弧形闸门自振频率下降,其中以支臂振动为主的第4阶自振频率下降幅度最大,为61.45%,面板及支臂顺河向动位移分别减小44.58%及增大37.93%,面板及支臂动应力分别下降41.70%及增加30.71%;闸门流激振动对闸墩应力有显著影响,相较于闸墩按动力系数计算的最大应力增大了4.713 MPa。采用弧形闸门-闸墩体系模型可以更加准确而全面地评估弧形闸门及闸墩在流激振动下的安全特性。     

大跨度弧形闸门的自振特性研究

以某水利工程弧形闸门的动力学问题为背景,考虑流固耦合效应对闸门结构自振特性的影响,应用ANSYS软件对大跨度弧形闸门的自振特性进行了计算,结果为最终设计方案的选定提供了技术依据,对同类闸门结构的设计计算也有参考意义。     

恒仁高孔平面定轮闸门三维有限元分析

分析了恒仁高孔平面定轮闸门的工作特点，根据钢闸门设计规范和水工金属结构报废标准，讨论了在役闸门的强度评判标准，研究和建立了平面闸门的精细组合有限元模型并作了计算，据此对闸门的强度和刚度进行校核，对闸门安全性进行了评价。